石墨烯/β-Ga2O3肖特基结日盲紫外探测器研究

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日盲紫外探测器具有性能稳定、虚警率低的优点,在环境监测、火焰探测、化学分析、通信和导弹预警等方面具有非常广泛的应用。β-Ga2O3是一种宽禁带直接带隙半导体氧化物,禁带宽度4.9 eV,光谱响应恰好位于日盲区,具有很好的热稳定性和化学稳定性,近年来成为制作日盲紫外探测的热门材料。但是,现有的光电导型β-Ga2O3探测器的响应速度比较慢,需要外部电压源供电,极大地限制了它的应用。因此,光伏型探测器件的研制成为日盲紫外探测领域的研究重点。本文通过将单层石墨烯转移至新鲜解理的β-Ga2O3(100)单晶薄片表面和在β-Ga2O3(-201)表面镀Au,构筑了两种光伏型日盲紫外探测器件,研究了这两种探测器的器件结构和能带失配对响应时间和响应度的影响,主要研究内容如下:1.通过机械转移法将单层石墨烯覆盖在单晶β-Ga2O3(100)薄片的表面,借助单层石墨烯电极的透过率高和迁移率高的特性,构造了一种响应速度快和响应度高的石墨烯/β-Ga2O3肖特基结构日盲紫外探测器。研究了探测器不同电压下的响应度,响应速度,量子效率和探测率。在0 V电压下,4μJ/cm2的248 nm脉冲光照射下,测得器件的光响应下降时间只有115μs。在254 nm的紫外光照射下,测得器件0 V电压下响应度为10.3 mA/W。4.5 V电压下,上升/下降时间为21 s/1.8 s,器件的响应度为14.5 A/W。我们研制的器件可以在0 V电压下工作,不需要外部电压源,具有尺寸更小、能耗低,低噪声,响应速度快的优点,在器件集成和一些特殊环境的应用中显示出巨大的优势。2.通过真空蒸发法在β-Ga2O3单晶体材料的(-201)晶面上沉积Au电极,制备了Au/β-Ga2O3肖特基日盲紫外探测器。研究了不同偏压下Au/β-Ga2O3肖特基探测器的响应度,量子效率。利用探测器光生载流子在空间电荷区分离速度快的特点,研究了器件在0 V电压下超快响应速度,上升/下降时间为50 ns/3.26μs。
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